一种光电器件的量子阱结构的制作方法
【技术领域】
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[0001]本发明属于光电器件设计技术领域，涉及一种光电器件的量子阱结构。
【背景技术】
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[0002]现有技术的量子阱结构设计基本为量子皇和量子阱交替结构，其中量子皇的材料组分禁带宽度大于量子阱的材料组分禁带宽度，电子和空穴在外加电场的作用下通过皇层到达阱层的时候发生复合发光。传统的量子阱结构中量子阱是由l_3nm厚的InGaN材料组成，In组分浓度决定了发光器件的波长，量子皇则是由6nm-15nm的GaN材料组成，量子阱可以俘获载流子而提升发光的效率。由于InGaN和GaN材料的晶格适配诱发的极化电场存在，导致量子阱结构能带发生倾斜而增加了价带载流子的势皇高度。
[0003]目前已经有很多技术使用来尽可能的降低极化场，进而降低空穴注入量子阱的势皇高度以达到提高价带载流子的注入效率的目的。根据理论分析:皇层掺In与常规量子阱结构的能带图相比，由能带理论分析得到皇层掺In使量子阱的能带弯曲减少、量子限制斯塔克效应减弱、电子阻挡层的电子阻挡效率提高、量子阱的空穴注入效率增加、电子与空穴的空间波函数交叠增加等，这些都对LED发光效率提高起到积极的作用。经过试验表明，使用InGaN材料来生长量子皇结构，有源区材料界面质量明显得到改善，样品中V坑的数目及相应的位错减少，并且利用InGaN做皇的样品光致发光的峰值强度增强、峰位蓝移，InGaN皇样品的droop现象得到较大的改善。这表明讲皇之间的应力减小，降低了由此产生的压电电场，增大了载流子的复合几率，提高了量子效率。
[0004]但是同时由于势皇高度的降低势必会导致N层的电子很容易迀移到P层而降低了效率，如果在量子皇增加Al则皇层可以有效阻挡迀移到P层的电子来提高效率，但是同时量子皇增加Al阻挡了空穴的迀移速率进而导致空穴不能有效注入到量子阱内参与复合发光，最终导致效率的提升效果有限。
【发明内容】
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[0005]本发明提出一种新的量子阱结构，能够进一步有效增大载流子的复合几率，提高量子效率，实现光电器件效率的优化提升。
[0006]本发明的技术思想是:提出以AlInGaN为皇，设计出In和Al组分渐变的皇层结构来替代传统量子阱结构的皇层结构设计。
[0007]本发明的方案如下:
[0008]一种光电器件的量子阱结构，具有多个周期的皇层和阱层交替生长结构；其特点是:所述皇层采用Al InGaN,其中Al的组分比例为O % < Al % < 30 %，In的组分比例为O %< In%< 10%，至少有一个皇层中存在In组分和/或Al组分的渐变结构。
[0009]对于以上方案，应有以下认识:
[0010]上述渐变结构，既可以是只有In组分在皇层生长过程中渐变分布，也可以是只有Al组分在皇层生长过程中渐变分布，最好是In组分和Al组分均在皇层生长过程中渐变分布。而且，对于In和Al组分同时渐变的情况，两种组分的配合并没有特别限制，可以允许不同的渐变方式。
[0011]对于每个皇层，并不要求该皇层始终按照一个渐变模式生长，而是可以允许以多种渐变模式组合的方式生长。
[0012]对于每个皇层，也不要求该皇层的整个生长阶段持续渐变，而是允许该皇层生长过程中只有其中一段时间有渐变，即只要“存在”渐变即可。
[0013]对于有多个皇层中存在In组分和/或Al组分的渐变结构，最好各个皇层彼此的渐变结构相同，但也可以允许不同。
[0014]In组分的渐变结构可以是线性渐变增加、线性渐变减少、梯度增加、梯度减少、抛物线型变化或者其任意组合，In组分在皇层中渐变分布的最小比例和最大比例均大于0%小于10%。
[0015]Al组分的渐变结构可以是线性渐变增加、线性渐变减少、梯度增加、梯度减少、抛物线型变化或者其任意组合，Al组分在皇层中渐变分布的最小比例和最大比例均大于0%小于30%。
[0016]每个周期的皇层中最好均存在In组分和/或Al组分的渐变结构。
[0017]进一步的，每个周期的皇层中最好均完全为In组分和/或Al组分的渐变结构。
[0018]在工艺上，可通过改变In源流量、Al源流量、生长温度和生长压力等参数来实现In含量、Al含量的渐变。
[0019]本发明具有以下优点:
[0020]通过在量子阱的皇层结构内掺入In组分，与常规量子阱结构的能带图相比，量子阱的能带弯曲减少、量子限制斯塔克效应减弱、电子阻挡层的电子阻挡效率提高、量子阱的空穴注入效率增加、电子与空穴的空间波函数交叠增加，这些都对LED发光效率提高起到积极的作用；同时在量子阱的皇层结构内掺入Al组分，可以有效阻挡电子向P层迀移而导致效率的降低。
[0021]优化皇层的In组分和Al组分并根据实际的需求实现渐变的组分设计，可以减小极化电场的影响，提高量子阱自发发射谱强度。同时，综合考虑了极化电荷和势皇高度的影响设计的量子皇结构，经过试验验证表明，有源区材料界面质量明显得到改善，样品中V坑的数目及相应的位错减少，并且利用AlInGaN做皇的样品光致发光的峰值强度增强、峰位蓝移，InGaN皇样品的droop现象得到较大的改善。这表明阱皇之间的应力减小，降低了由此产生的压电电场，增大了载流子的复合几率，提高了量子效率。
【附图说明】
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[0022]图1是皇层内In组分渐变的示意图。
[0023]图2是皇层内Al组分渐变的示意图。
[0024]图3是皇层内In组分和Al组分渐变组合的示意图。
[0025]图4某实际产品的皇层内In组分和Al组分渐变组合示意图。
【具体实施方式】
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[0026]实施例一
[0027]小电流下的小功率高亮度芯片的设计。可设计如图1(a)所示的结构，每个皇层内In组分的分布呈线性渐变增加，在该皇层内In的比例由X渐变到Y，其中X取0.1%，Y取
[0028]经验证，采用此皇层In组分渐变的结构比传统结构亮度提升20% -30%。
[0029]实施例二
[0030]大电流下的小功率高亮度芯片的设计。可设计所有皇层如图1(a)所示的结构并结合设计为最后的2个皇层的Al组分设计为图2(a)，每个皇层内In组分的分布呈线性渐变增加，在该皇层内In的比例由X渐变到Y，其中X取0.1%，Y取5%，最后的2个皇层内Al组分的分布呈线性渐变增加，在该皇层内Al组分的比例由M渐变到N，其中M取0.1 %，N 取
[0031]经验证，采用此皇层In组分渐变结合最后2个皇层Al组分渐变的结构比传统结构壳度提升13%，而且可通入最大电流值提升了 20%。
[0032]实施例三
[0033]大电流下的中功率高亮度芯片的设计。可设计所有皇层如图1(a)所示的结构并结合设计为除最后的2个皇层外的的Al组分设计为图2(c)，最后的2个皇层的Al组分设计为图2(d)，每个皇层内In组分的分布呈线性渐变增加，在该皇层内In的比例由X渐变到Y，其中X取0.1%，Y取5%;除最后的2个皇层外的的Al组分梯形渐变，高Al组分位置Al含量3.5%，低Al组分位置Al含量1.5%;最后的2个皇层内Al组分的分布呈线性渐变增加，在该皇层内Al组分的比例由M渐变到N，其中M取0.1%，Ν取3.5%。
[0034]经验证，采用此皇层In组分渐变结合所有皇层Al组分渐变的结构比传统结构亮度提升10%，而且可通入最大电流值提升了 25%。
[0035]实施例四
[0036]大电流下的大功率高亮度芯片的设计。可设计所有皇层如图1(d)所示的结构，并结合除最后的2个皇层外的的Al组分设计为图2(d)所示，最后的2个皇层外的的Al组分设计为图2(a)所示。每个皇层内In组分的分布呈线性渐变增加，在该皇层内In的比例由X渐变到Y，其中X取0.1%，Y取5% ;除最后的2个皇层外的的Al组分线性渐变增加后降低，高Al组分位置Al含量7.5 %，低Al组分位置Al含量0.5 %;最后的2个皇层外的的Al组分设计为0.1% -15%线性增加。
[0037]经验证，采用此皇层In组分渐变结合所有皇层Al组分渐变的结构比传统结构亮度提升7%，而且可通入最大电流值提升了 45%。
[0038]实施例五
[0039]大电流下的大功率高亮度芯片的设计。可设计所有皇层如图1(d)所示的结构，并结合除最后的2个皇层外的的Al组分设计为图2(d)所示，最后的2个皇层外的的Al组分设计为图2(a)所示。每个皇层内In组分的分布呈线性渐变增加，在该皇层内In的比例由X渐变到Y，其中X取0.1%，Y取5% ;除最后的2个皇层外的的Al组分线性渐变增加后降低，高Al组分位置Al含量7.5 %，低Al组分位置Al含量0.5 %;最后的2个皇层外的的Al组分设计为0.1% -15%线性增加。
[0040]经验证，采用此皇层In组分渐变结合所有皇层Al组分渐变的结构比传统结构亮度提升7%，而且可通入最大电流值提升了 45%。
[0041]实施例六
[0042]根据实际的需求设计的某种产品如图4所示，测试在每平方厘米200安培电流密度下与传统结构相比亮度提升达到27%，并且最大可通入电流提高30%。
【主权项】
1.一种光电器件的量子阱结构，具有多个周期的皇层和阱层交替生长结构；其特征在于:所述皇层采用Al InGaN,其中Al的组分比例为O % < Al % < 30 %，In的组分比例为O %< In%< 10%，至少有一个皇层中存在In组分和/或Al组分的渐变结构。
2.根据权利要求1所述的光电器件的量子阱结构，其特征在于:1η组分的渐变结构为线性渐变增加、线性渐变减少、梯度增加、梯度减少、抛物线型变化或者其任意组合，In组分在皇层中渐变分布的最小比例和最大比例均大于0%小于10%。
3.根据权利要求1所述的光电器件的量子阱结构，其特征在于:A1组分的渐变结构为线性渐变增加、线性渐变减少、梯度增加、梯度减少、抛物线型变化或者其任意组合，Al组分在皇层中渐变分布的最小比例和最大比例均大于0%小于30%。
4.根据权利要求1至3任一所述的光电器件的量子阱结构，其特征在于:每个周期的皇层中均存在In组分和/或Al组分的渐变结构。
5.根据权利要求4所述的光电器件的量子阱结构，其特征在于:每个周期的皇层中均完全为In组分和/或Al组分的渐变结构。
【专利摘要】本发明提出一种新的量子阱结构，能够进一步有效增大载流子的复合几率,提高量子效率，实现光电器件效率的优化提升。本发明提出以AlInGaN为垒，设计出In和Al组分渐变的垒层结构来替代传统量子阱结构的垒层结构设计。通过在量子阱的垒层结构内掺入In组分，量子阱的能带弯曲减少、量子限制斯塔克效应减弱、电子阻挡层的电子阻挡效率提高、量子阱的空穴注入效率增加、电子与空穴的空间波函数交叠增加,这些都对LED发光效率提高起到积极的作用；同时在量子阱的垒层结构内掺入Al组分，有效阻挡了电子向P层迁移；AlInGaN渐变的组分设计，可以减小极化电场的影响,提高量子阱自发发射谱强度。
【IPC分类】H01L33-06
【公开号】CN104638073
【申请号】CN201510014463
【发明人】李淼
【申请人】西安神光皓瑞光电科技有限公司
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年1月12日